電流變流體粘性和屈服應力可用外加電場加以控製。電流變流體的應用領域很廣泛，在工程應用方麵包括液壓工程
、汽車製造工業、機器人係統
、流體密封領域等。其在汽車製造工業中，可用於汽車發動機冷卻風扇的調速離合器
、傳動離合器、阻尼可控的減振器或計算機控製是懸掛係統等。采用ER技術設計製造的汽車零部件，具有性能優良、無磨損
、壽命長
、製造工藝性好、成本低的特點，而且可直接用計算機控製，無需接口。采用ER技術的汽車在未來市場競爭中具有明顯的優勢。電流變傳動的自動控製係統由三部分組成
，即機械傳動機構

、計算機檢測與控製裝置和電流變流體。

1、機構工作原理

圖1所suo示shi為wei圓yuan盤pan式shi電dian流liu變bian傳chuan動dong機ji構gou工gong作zuo原yuan理li圖tu。中zhong間jian盤pan和he芯xin軸zhou連lian在zai一yi起qi
，芯xin軸zhou左zuo端duan有you步bu地di電dian機ji，芯xin軸zhou右you端duan接jie負fu載zai，左zuo右you端duan各ge套tao一yi個ge圓yuan盤pan
，左zuo右you圓yuan盤pan和he中zhong間jian盤pan間jian充chong滿man ERF。本實驗中ERF選用哈爾濱工業大學複合材料研究所研製的HITL2型ERF
，外加電場由電子開關控kong製zhi。輸shu入ru信xin號hao由you芯xin軸zhou左zuo端duan進jin電dian機ji提ti供gong。由you於yu輸shu入ru信xin號hao很hen小xiao
，而er芯xin軸zhou右you端duan接jie有you負fu載zai，所suo以yi芯xin軸zhou轉zhuan動dong不bu起qi來lai。這zhe時shi由you導dao步bu電dian機ji帶dai動dong左zuo右you圓yuan盤pan以yi大da小xiao相xiang等deng、方向相反的轉速ΩL
、ΩR旋轉，將需要加高壓電源的一側的電子開關合上(如要增加力矩
，則合上左側的電子開關)，此時圓盤和中間盤間的ERF會hui產chan生sheng中zhong流liu變bian效xiao應ying
，通tong過guo圓yuan盤pan將jiang產chan生sheng的de附fu加jia力li矩ju傳chuan遞di給gei中zhong間jian盤pan輸shu出chu。中zhong間jian盤pan的de軸zhou的de左zuo端duan輸shu入ru微wei小xiao的de機ji械xie控kong製zhi信xin號hao
，右you端duan可ke以yi輸shu出chu大da的de力li矩ju，電dian場chang使shi左zuo盤pan或huo右you盤pan與yu中zhong間jian盤pan之zhi間jian的deERF粘度變稠

，產生大的剪切應力，從而使中間盤克服負載力矩，按輸入信號轉動。這就是雙圓盤式電流變傳動機構的工作原理。
 

圖1：電流變傳動機構工作原理圖

2
、係統理論模型

ERF在無外加電場作用時表現為牛頓流體。在有外加電場作用下表現為接近Bingham流體，在低應變率下，具有粘彈性能。在高電場下，是具有高屈服應力的粘塑性體。 其本構方程為： τ=τy+ηplγ (1) 其中
，τ為流體流動產生的剪切應力
，τy是在電場作用下，電流變流體逐漸固化或稠化所產生的屈服應力
，γ是剪切速率。

屈服應力與外加電場的關係為： τy=AE2=A(U/h)2 (2) 電流變效應產生的剪切應力使從動盤獲得力矩Me。這個電流變力矩Me與τy
、ηpl
、左盤和右盤的轉速差ΔΩ、圓盤間的間距h、圓盤有效麵積的內外圓半徑r1和r2的關係如下式所示：

由式(2)知
，剪切力矩和外加電壓間呈非線性關係。 這裏假設它們的關係為冪次關係，如下式所示：

其中，α0、α1、α2由實驗獲得
，U=1kV。這是為了使係數量綱一致
，且都為力矩量綱。

3
、傳動機構測控係統的構建

控製
、分析和檢測采用NI虛擬儀器係統由計算機自動進行。在實驗中，采用多功能數據采集板PCI-MIO-16E-1、SCXI信號調理係統、溫度及電壓測量儀和動態信號分析儀NI-4552等對數據進行采集和分析，采用任意波形發生器PCI-5411、接線端子UMI和電機控製板 Flexmotion-6C等對步進電機進行控製，整個係統由軟件平台LabView編寫的程序進行管理。由步進電機輸入不同的運動信號
，由異步電機產生剪切場。圖3是采用LabView編寫的NI虛擬儀器控製程序。通過實驗得到的結果分析圓盤式電流變傳動裝置的動態性能。 在zai進jin行xing電dian流liu變bian傳chuan動dong性xing能neng的de實shi驗yan研yan究jiu中zhong，利li用yong步bu進jin電dian機ji實shi現xian變bian信xin號hao輸shu入ru
，通tong過guo控kong製zhi異yi步bu電dian機ji的de轉zhuan速su來lai調tiao節jie剪jian切qie速su率lv，在zai高gao壓ya電dian流liu輸shu出chu高gao壓ya的de同tong時shi，采cai集ji電dian流liu變bian傳chuan動dong裝zhuang置zhi的de輸shu入ru、輸出轉矩和轉速的信號。裝置的輸出端利用木頭輪和簧片磨擦來模擬負載。

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4、實驗結果

在交流電場作用下

，對於本實驗所采用的ERF，qichanshengdedianliubianxiaoyingbizaizhiliudianchangzuoyongxiayaoqiang，qufuyingliyexiangyingyaoda。suizhewaibushijiadianyadezengda，dianliubianchuandongzhuangzhideshuchuzhuanjuyeyouyidingdezengda，rutu4
、5所示。 當環境溫度為18.9℃、外加電壓為交流3kV、主動盤的轉速為60r/m時，步進電機的輸出按圖6所示的任意波形變化，得到的電流變傳動的輸入轉矩和輸出轉矩如圖7所示。裝置的輸入轉矩隨步進電機的輸出轉速信號的變化而變化，而輸入轉矩信號與負載相關，隨負載的變化而產生波動。

圖4：兩種性質電壓對輸出轉矩的影響

圖5：交流電場的變化對輸出轉矩的影響

主動盤的旋轉是給電流變流體產生一個旋轉剪切場。當環境溫度為18.6℃、外加3kV的直漢電壓、並撤去步進電機的輸入時，調節異步電機的轉速，從而挖掘電流變傳動裝置的主動盤的轉速，得到圖6所示的結果。

從圖8可以看出，隨著電流變傳動裝置的主動圓盤轉速的增大，其輸出轉矩也隨之增大。在主動盤轉速較低時，其變化對輸出轉矩的影響較小;而當主動盤轉速較高時
，其變化對輸出轉矩的影響就比較明顯。 根據(4)式及實驗所得數據
，轉矩Me擬合的曲線如圖7所示，其中α0為0.0611，α1為-0.02732，α2為0.00577。

 
圖7：主動盤轉速的變化對電流變傳動裝置的影響

圖8：輸出轉矩與外加電壓的關係
 

通過以上分析，可得出如下結論：

(1)對本實驗所設計的圓盤式電流變傳動裝置，選用一種電流變流體後
，其傳動特性隻與外加電場有關。
(2)HITL2型(xing)電(dian)流(liu)變(bian)流(liu)體(ti)在(zai)交(jiao)流(liu)電(dian)場(chang)作(zuo)用(yong)下(xia)，其(qi)電(dian)流(liu)變(bian)效(xiao)應(ying)比(bi)在(zai)直(zhi)流(liu)電(dian)場(chang)作(zuo)用(yong)下(xia)要(yao)強(qiang)。並(bing)且(qie)，隨(sui)著(zhe)外(wai)加(jia)電(dian)場(chang)的(de)增(zeng)大(da)，電(dian)流(liu)變(bian)效(xiao)應(ying)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)屈(qu)服(fu)應(ying)力(li)也(ye)隨(sui)之(zhi)增(zeng)大(da)。
(3)電(dian)流(liu)變(bian)傳(chuan)動(dong)裝(zhuang)置(zhi)的(de)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)的(de)曲(qu)線(xian)是(shi)波(bo)動(dong)的(de)。因(yin)為(wei)負(fu)載(zai)是(shi)變(bian)化(hua)的(de)，輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)要(yao)與(yu)負(fu)載(zai)相(xiang)匹(pi)配(pei)
，因(yin)此(ci)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)矩(ju)也(ye)應(ying)隨(sui)著(zhe)負(fu)載(zai)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)，即(ji)呈(cheng)波(bo)形(xing)狀(zhuang)態(tai)。
(4)電流變傳動裝置的輸入轉矩是跟退步進電機的轉速信號，但有一定的滯後，因為在機構中使用了彈性聯軸器。
(5)對電流變的控製，采用雙主動圓盤的機械結構

，使剪切速變對傳動力矩的影響可以忽略不計。隻要控製電場就能控製電流變傳動裝置。

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